本发明属于化工冶金领域，涉及一种航空级钒铝合金生产装置以及利用其生产航空级钒铝合金的方法。
背景技术：
钒铝合金剂的生产方法是用V2O5和铝粒在反应炉内进行点火反应生产钒铝合金的过程。此过程是点火后自发的放热反应过程，反应过程中放出大量的热量能够满足生产钒铝合金的需要，并且反应炉内的温度达到1700℃以上。反应所得的熔液通过静致进行合金与渣的分离，冷却后得到合金锭，通过破碎后表面处理得到合格的钒铝合金剂。
钒铝合金剂的生产过程中，对反应炉的内部耐材的质量要求以及生产过程的控制较为关键；反应炉内部耐材的质量对产品质量的影响比较大，其中耐材中的杂质元素会有部分渗进到合金中，造成合金剂的杂质金属含量过高，这是造成合金剂不稳定和不合格的主要工艺控制问题。因此需要设计一种反应炉来解决上述技术问题。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种航空级钒铝合金生产装置以及利用其生产航空级钒铝合金的方法。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种航空级钒铝合金生产装置，所述装置包括炉底和炉壁。
其中，所述炉底和炉壁均由高铝耐火砖砌筑，所述高铝耐火砖的制备原料包括生产钒铝合金得到的矿渣。
生产钒铝合金得到的矿渣杂质含量相对较低，特别是铁和硅的含量都小于0.3％，利用生产钒铝合金得到的矿渣生产高铝耐火砖进而得到本发明提供的航空级钒铝合金生产装置，一方面可以提高反应炉耐材的质量，减少耐材的消耗，另一方面可以减少耐材对合金的影响，将耐材对合金的影响降到最低，进而提高合金的质量。并且高铝耐火砖在反复使用过程中可在表面形成一层高温热处理层，进一步降低对合金的影响，得到的合金质量更高，杂质含量更低，高铝耐火砖可重复使用，节省资源，节约成本，减少废弃物。
优选地，所述高铝耐火砖为高铝耐火异形砖。
采用高铝耐火异形砖砌筑本发明的航空级钒铝合金生产装置，结构牢固且间隙小，异形砖的形状可以一定程度上避免在反应过程中熔融的合金液外流的现象。
在本发明中，所述装置还包括固定件，通过所述固定件将所述炉底与所述炉壁固定连接。
在炉壁与炉底的连接处也采用异形砖砌筑，并且连接处利用固定件进行炉壁与炉底的固定，使反应炉成为一个整体，防止反应过程中液体外流，在本发明中，固定件可以选择固定扣，也可选择其他可固定的装置。
在本发明中，所述装置还包括支撑件，所述支撑件设置于炉壁外表面。
优选地，所述炉壁外表面与所述支撑件之间填充所述高铝耐火砖的粉末。
在炉壁外侧设置支撑件，支撑件可以提供砌筑形状，在用高铝耐火砖砌筑反应炉时，只需沿支撑件内表面进行砌筑即可得到本发明的反应炉，当高铝耐火砖与支撑件之间存在缝隙时，利用高铝耐火砖的粉末进行填充。
另一方面，本发明提供了如上所述的航空级钒铝合金生产装置制备航空级钒铝合金的方法，所述方法如下：
(1)五氧化二钒、三氧化二钒、金属铝和造渣剂混合均匀，加料至航空级钒铝合金生产装置中，冶炼，得到钒铝合金锭；
(2)取出步骤(1)得到的钒铝合金锭，破碎，筛选，得到所述航空级钒铝合金。
本发明提供的制备方法简单易行，利用本发明提供的制备方法制备得到的钒铝合金可达到航空级的要求。
优选地，所述五氧化二钒和所述三氧化二钒的质量比为(1-3):1，例如1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3等。
冶炼原料中五氧化二钒和三氧化二钒配合使用，三氧化二钒放出的热量少，可以减少反应过程中喷溅的问题。
优选地，以五氧化二钒、三氧化二钒和金属铝的总重量为100％计，所述金属铝的加入量占总质量的50-60％，例如50％、52％、55％、57％、60％等。
优选地，以五氧化二钒、三氧化二钒、金属铝和造渣剂的总重量为100％计，所述造渣剂的加入量占总重量的3％-10％，例如3％、5％、7％、9％、10％等。
优选地，所述造渣剂为氟化钙。
在冶炼原料中加入一定量的氟化钙作为造渣剂，氟化钙能降低矿渣相的熔点和粘度，提高钒铝合金锭和矿渣的的分离效果。
在本发明中，步骤(1)所述混合在混料机中进行。
优选地，步骤(1)还包括在加料之前，烘烤所述航空级钒铝合金生产装置。
优选地，所述烘烤的方法为煤气燃烧烘烤24-36小时，例如24小时、27小时、30小时、33小时、36小时等。
优选地，步骤(1)所述混合的时间为0.5-1.5小时，例如0.5小时、1小时、1.5小时等。
优选地，步骤(1)所述冶炼的方法为利用碳电极送电打火点燃原料，进行冶炼。
优选地，步骤(1)还包括冶炼完成后利用碳电极送电加热。
在冶炼完成后，利用碳电极送电加热的目的在于补充一定的热量，使钒铝合金锭和矿渣的有效分离。
在本发明中，步骤(2)所述取出的方法为冶炼完成后，拆除固定件，移除炉壁，取出钒铝合金锭。冶炼完成后，拆除固定件，可以利用吊车等有效方式将炉壁移走，将炉渣拆除，得到钒铝合金锭。
作为优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)五氧化二钒、三氧化二钒、金属铝和造渣剂在混料机中混合0.5-1.5小时，加料至生产航空级钒铝合金的装置中，在加料之前利用煤气燃烧烘烤航空级钒铝合金生产装置24-36小时，利用碳电极送电打火点燃原料，进行冶炼，冶炼完成后利用碳电极送电加热，得到钒铝合金锭；
(2)冶炼完成后，拆除固定件，移除炉壁，取出钒铝合金锭，破碎，筛选，得到所述航空级钒铝合金。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
生产钒铝合金得到的矿渣杂质含量相对较低，特别是铁和硅的含量都小于0.3％，利用生产钒铝合金得到的矿渣生产高铝耐火砖进而得到本发明提供的航空级钒铝合金生产装置，一方面可以提高反应炉耐材的质量，减少耐材的消耗，另一方面可以减少耐材对合金的影响，将耐材对合金的影响降到最低，进而提高合金的质量。并且高铝耐火砖在反复使用过程中可在表面形成一层高温热处理层，进一步降低对合金的影响，得到的合金质量更高，杂质含量更低，高铝耐火砖可重复使用，节省资源，节约成本，减少废弃物。本发明提供的制备方法工艺简单易行。
附图说明
图1是本发明的航空级钒铝合金生产装置的剖面结构示意图。
1-炉壁，2-炉底，3-固定件，4-支撑件。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了使用航空级钒铝合金生产装置制备航空级钒铝合金的方法。
其中，航空级钒铝合金生产装置的剖面结构示意图见图1，包括炉壁(1)、炉底(2)、用于固定连接炉壁和炉底的固定件(3)和设置于炉壁外表面的支撑件(4)。
制备航空级钒铝合金的方法如下：
(1)五氧化二钒、三氧化二钒、金属铝和造渣剂在混料机中混合1小时，加料至生产航空级钒铝合金的装置中，在加料之前利用煤气燃烧烘烤航空级钒铝合金生产装置30小时，利用碳电极送电打火点燃原料，进行冶炼，冶炼完成后利用碳电极送电加热，得到钒铝合金锭。
其中，五氧化二钒和三氧化二钒的质量比为2:1；以五氧化二钒、三氧化二钒和金属铝的总重量为100％计，金属铝的加入量占总质量的55％；以五氧化二钒、三氧化二钒、金属铝和造渣剂的总重量为100％计，造渣剂的加入量占总重量的6％。
(2)冶炼完成后，拆除固定件，移除炉壁，取出钒铝合金锭，破碎，筛选，得到钒铝合金。
对制备得到的钒铝合金进行取样分析，得到的合金有两种，55钒铝和65钒铝，其中的杂质铁和硅的含量均低于0.18％，其他杂质小于0.05％，钒铝合金纯度达到99％以上，达到航空级钒铝合金的要求。
实施例2
本实施例提供了使用航空级钒铝合金生产装置制备航空级钒铝合金的方法。
其中，航空级钒铝合金生产装置的剖面结构示意图见图1，包括炉壁(1)、炉底(2)、用于固定连接炉壁和炉底的固定件(3)和设置于炉壁外表面的支撑件(4)，支撑件和炉壁之间的缝隙利用高铝耐火砖的粉末进行填充。
制备航空级钒铝合金的方法如下：
(1)五氧化二钒、三氧化二钒、金属铝和造渣剂在混料机中混合1.5小时，加料至生产航空级钒铝合金的装置中，在加料之前利用煤气燃烧烘烤航空级钒铝合金生产装置24小时，利用碳电极送电打火点燃原料，进行冶炼，冶炼完成后利用碳电极送电加热，得到钒铝合金锭。
其中，五氧化二钒和三氧化二钒的质量比为3:1；以五氧化二钒、三氧化二钒和金属铝的总重量为100％计，金属铝的加入量占总质量的50％；以五氧化二钒、三氧化二钒、金属铝和造渣剂的总重量为100％计，造渣剂的加入量占总重量的3％。
(2)冶炼完成后，拆除固定件，移除炉壁，取出钒铝合金锭，破碎，筛选，得到航空级钒铝合金。
实施例3
本实施例提供了使用航空级钒铝合金生产装置制备航空级钒铝合金的方法。
其中，航空级钒铝合金生产装置的剖面结构示意图见图1，包括炉壁(1)、炉底(2)、用于固定连接炉壁和炉底的固定件(3)和设置于炉壁外表面的支撑件(4)，支撑件和炉壁之间的缝隙利用高铝耐火砖的粉末进行填充。
制备航空级钒铝合金的方法如下：
(1)五氧化二钒、三氧化二钒、金属铝和造渣剂在混料机中混合0.5小时，加料至生产航空级钒铝合金的装置中，在加料之前利用煤气燃烧烘烤航空级钒铝合金生产装置36小时，利用碳电极送电打火点燃原料，进行冶炼，冶炼完成后利用碳电极送电加热，得到钒铝合金锭。
其中，五氧化二钒和三氧化二钒的质量比为1:1；以五氧化二钒、三氧化二钒和金属铝的总重量为100％计，金属铝的加入量占总质量的60％；以五氧化二钒、三氧化二钒、金属铝和造渣剂的总重量为100％计，造渣剂的加入量占总重量的10％。
(2)冶炼完成后，拆除固定件，移除炉壁，取出钒铝合金锭，破碎，筛选，得到航空级钒铝合金。
实施例4
本实施例提供了使用航空级钒铝合金生产装置制备航空级钒铝合金的方法。
其中，航空级钒铝合金生产装置的剖面结构示意图见图1，包括炉壁(1)、炉底(2)、用于固定连接炉壁和炉底的固定件(3)和设置于炉壁外表面的支撑件(4)，支撑件和炉壁之间的缝隙利用高铝耐火砖的粉末进行填充。
制备航空级钒铝合金的方法如下：
(1)五氧化二钒、三氧化二钒、金属铝和造渣剂在混料机中混合1小时，加料至生产航空级钒铝合金的装置中，在加料之前利用煤气燃烧烘烤航空级钒铝合金生产装置28小时，利用碳电极送电打火点燃原料，进行冶炼，冶炼完成后利用碳电极送电加热，得到钒铝合金锭。
其中，五氧化二钒和三氧化二钒的质量比为2.5:1；以五氧化二钒、三氧化二钒和金属铝的总重量为100％计，金属铝的加入量占总质量的57％；以五氧化二钒、三氧化二钒、金属铝和造渣剂的总重量为100％计，造渣剂的加入量占总重量的8％。
(2)冶炼完成后，拆除固定件，移除炉壁，取出钒铝合金锭，破碎，筛选，得到航空级钒铝合金。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的航空级钒铝合金生产装置以及利用其生产航空级钒铝合金的方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。